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微囊化硅烷偶联剂.pdf

  • 上传人:齐**
  • 文档编号:9170631
  • 上传时间:2021-02-12
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN200880127549.X

    申请日:

    20081111

    公开号:

    CN101952364B

    公开日:

    20130424

    当前法律状态:

    有效性:

    失效

    法律详情:

    IPC分类号:

    C08L63/00,C08G18/40,C08G59/40,C08K5/544,C09J9/02,C09J11/06,C09J163/00

    主分类号:

    C08L63/00,C08G18/40,C08G59/40,C08K5/544,C09J9/02,C09J11/06,C09J163/00

    申请人:

    索尼化学&信息部件株式会社

    发明人:

    长岛稔

    地址:

    日本东京都

    优先权:

    2008-038629

    专利代理机构:

    中国专利代理(香港)有限公司

    代理人:

    吴娟;高旭轶

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    内容摘要

    本发明涉及微囊化硅烷偶联剂,包含环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂的加合体粒子以及包覆该加合体粒子外周的乙基纤维素膜,该乙基纤维素膜是通过多官能异氰酸酯化合物交联的。作为优选的咪唑系硅烷偶联剂,可列举式(1)的化合物。式中,R1和R2各自独立地为氢原子或低级烷基,R3为低级烷基。

    权利要求书

    1.微囊化硅烷偶联剂,其包含环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂的加合体粒子以及包覆该加合体粒子外周的乙基纤维素膜,该乙基纤维素膜是通过多官能异氰酸酯化合物而交联的,所述咪唑系硅烷偶联剂是式(1)的化合物,式(1)R1和R2各自独立地为氢原子、甲基、乙基、丙基或丁基,R3为甲基、乙基、丙基或丁基。 2.权利要求1的微囊化硅烷偶联剂,其中,相对于构成通过多官能异氰酸酯化合物进行交联之前的乙基纤维素膜的乙基纤维素中的羟基与乙氧基的总量,乙氧基的比例为80~84摩尔%。 3.权利要求1的微囊化硅烷偶联剂的制造方法,其特征在于,一边将环氧系化合物、所述咪唑系硅烷偶联剂和乙基纤维素在苯胺点为75~85℃、蒸馏初馏点为150~230℃的饱和烃系溶剂中搅拌,一边加热至110~130℃使其溶解,进而使环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂之间发生加合反应,获得加合体的浆料,将该浆料的温度冷却至80~100℃,然后投入多官能异氰酸酯化合物以交联乙基纤维素膜。 4.热固化型环氧树脂组合物,其含有热固化型环氧树脂、权利要求1或2的微囊化硅烷偶联剂和环氧树脂用潜在固化剂。 5.各向异性导电粘结剂,其含有权利要求4的热固化型环氧树脂组合物、分散在该热固化型环氧树脂组合物中的导电性粒子。

    说明书

    技术领域

    本发明涉及可以在不破坏环氧树脂组合物的储存稳定性的情况下提高环氧树脂组合物的固化物对环氧树脂组合物的固化物的无机表面和有机表面的粘附性的微囊化硅烷偶联剂。 

    背景技术

    当将半导体芯片的连接端子与连接基板上的电路图案连接时,目前广泛使用糊状或膜状的各向异性导电粘结剂,在该情况下,对于各向异性导电粘结剂,要求可以提高与半导体芯片的连接侧表面的钝化膜的粘结力,可以提高各向异性导电粘结剂与半导体芯片之间、各向异性导电粘结剂与有机基板之间以及布线电路的布线金属表面与各向异性导电粘结剂之间的粘附性。 

    因此,在各向异性导电粘结剂中掺混具有乙烯基三甲氧基甲硅烷、环氧三甲氧基甲硅烷等有机反应性基团和三烷氧基、相对沸点较低的常规硅烷偶联剂。然而,经由这样的含有常规硅烷偶联剂的各向异性导电粘结剂将半导体芯片安装于布线基板的情况下,对钝化膜的粘结性不能说是充分的,从而存在如下问题:由于回流焊接处理等的热冲击而在粘结界面发生剥离,由于硅烷偶联剂的气化而在固化后的粘结剂中产生空隙。 

    因此,提出了使用分子内具有咪唑残基的硅烷偶联剂来代替以往的常规硅烷偶联剂(专利文献1)。 

    专利文献1:日本特开平9-12683号公报 

    发明内容

    发明所要解决的课题

    然而,在将专利文献1的咪唑系硅烷偶联剂掺混至环氧树脂组合物的情况下,即使使用潜在固化剂作为环氧树脂用固化剂,由于在硅烷偶联剂中存在缩水甘油基反应性的咪唑残基,因此存在难以确保环氧树脂组合物的储存稳定性的问题。 

    本发明的目的在于,为了解决以上现有技术的课题,当掺混至环氧树脂组合物时,该环氧树脂组合物的固化物对半导体芯片的钝化膜显示良好的粘结力,抑制在粘结界面发生剥离、在固化物中产生空隙,而且使环氧树脂组合物可以实现良好的储存稳定性。 

    解决课题的方法

    本发明者们为了实现上述目的,着眼于使咪唑系硅烷偶联剂微囊化,对应该如何微囊化进行了深入研究,结果发现,当配制环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂的加合体粒子时使乙基纤维素共存,而且,在使用在常温下不溶解或混合但通过加热均匀地溶解的特定饱和烃系溶剂作为溶剂的情况下,出乎意料地,乙基纤维素不仅促进包含环氧树脂和咪唑系硅烷偶联剂的加合体粒子稳定地分散,还作为加合体粒子的壳起作用,而且还与多官能异氰酸酯化合物反应,其结果是,可以获得实现上述目的的咪唑系硅烷偶联剂,从而完成了本发明。 

    即,本发明提供微囊化硅烷偶联剂,其包含环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂的加合体粒子、包覆该加合体粒子外周的乙基纤维素膜,该乙基纤维素膜是通过多官能异氰酸酯化合物交联的。 

    此外,本发明提供上述微囊化硅烷偶联剂的制造方法,其特征在于,一边将环氧系化合物、该咪唑系硅烷偶联剂和乙基纤维素在苯胺点为75~85℃、蒸馏初馏点为150~230℃的饱和烃系溶剂中搅拌,一边加热至110~130℃使其溶解,进而使环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂之间发生加合反应,从而获得加合体的浆料,将该浆 料的温度冷却至80~100℃,然后投入多官能异氰酸酯化合物使乙基纤维素膜交联。 

    此外,本发明提供含有热固化型环氧树脂、上述微囊化硅烷偶联剂、环氧树脂用潜在固化剂的热固化型环氧树脂组合物,以及含有该热固化型环氧树脂组合物和分散在其中的导电性粒子的各向异性导电粘结剂。 

    发明效果 

    就本发明的微囊化硅烷偶联剂而言,环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂的加合体粒子被乙基纤维素膜包覆,进而采用多官能异氰酸酯化合物交联该表面。因此,可以维持咪唑系硅烷偶联剂的良好特性,同时可以显示良好的耐溶剂性,并提高掺混后的环氧树脂组合物的储存稳定性。此外,根据本发明的制造方法,乙基纤维素促进环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂生成加合体粒子时的分散稳定性,还进一步作为加合体粒子的壳起作用,而且形成与多官能异氰酸酯化合物的反应部位。因此,可以在一批次中制造以显示优异的耐溶剂性的咪唑系硅烷偶联剂作为主体的粒子状微囊化硅烷偶联剂。这也具有可以不使用在选择时需要麻烦的反复试验的两亲性高分子化合物的附带效果。 

    实施发明的最佳方式 

    以咪唑系硅烷偶联剂作为主体的本发明的微囊化硅烷偶联剂包含环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂的加合体粒子、包覆该加合体粒子外周的乙基纤维素膜,该乙基纤维素膜是通过多官能异氰酸酯化合物而交联的。 

    作为构成加合体粒子的环氧系化合物,可列举分子内具有2个以上环氧基的化合物或树脂。这些可以是液态,也可以是固态。具体而言,可列举双酚A、双酚F、双酚S、六氢双酚A、四甲基双酚 A、二芳基双酚A、氢醌、儿荼酚、间苯二酚、甲酚、四溴双酚A、三羟基联苯、二苯甲酮、双间苯二酚、双酚六氟丙酮、四甲基双酚A、四甲基双酚F、三(羟基苯基)甲烷、双二甲苯酚、苯酚线性酚醛树脂、甲酚线性酚醛树脂等多元苯酚与表氯醇反应而获得的缩水甘油基醚,或者甘油、新戊二醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、聚乙二醇、聚丙二醇等脂族多元醇与表氯醇反应而获得的聚缩水甘油基醚;对羟基苯甲酸、β-羟基萘甲酸等羟基羧酸与表氯醇反应而获得的缩水甘油基醚酯,或者由邻苯二甲酸、甲基邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸、六氢邻苯二甲酸、内亚甲基四氢邻苯二甲酸、内亚甲基六氢邻苯二甲酸、偏苯三酸、聚合脂肪酸等聚羧酸获得的聚缩水甘油基酯;由氨基苯酚、氨基烷基苯酚获得的缩水甘油基氨基缩水甘油基醚;由氨基苯甲酸获得的缩水甘油基氨基缩水甘油基酯;由苯胺、甲苯胺、三溴苯胺、间苯二甲胺、二氨基环己烷、双氨基甲基环己烷、4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4,-二氨基二苯砜等获得的缩水甘油基胺;环氧化聚烯烃等公知的环氧树脂类。 

    构成加合体粒子的一方的咪唑系硅烷偶联剂是分子内具有咪唑基和二烷氧基或三烷氧基的硅烷化合物,优选为以下的式(1)所示的化合物。 

    式(1) 

    式(1)中,R1和R2各自独立地为氢原子或甲基、乙基、丙基、丁基等低级烷基,R3为甲基、乙基、丙基、丁基等低级烷基。作为式(1)的优选化合物,具体是R1和R2为氢原子,R3为甲基的化合物。 

    就构成加合体粒子时使用的环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂的使用比例而言,如果前者过多,则加合体的反应性有过低的倾向,相反,如果后者过多,则加合体的反应性有过量的倾向,因此相对于100质量份环氧系化合物,咪唑系硅烷偶联剂优选为150~5质量份,更优选为100~10质量份,特别优选为70~25质量份。 

    作为构成包覆加合体粒子的乙基纤维素膜的乙基纤维素,在构成纤维素骨架的β-葡萄糖重复单元中存在的3个羟基的取代度作为每个重复单元的平均值优选为2.25~2.60,更优选为2.30~2.55,特别优选为2.40~2.52。换言之,2.40~2.52的数值相当于如下数值:相对于构成通过多官能异氰酸酯化合物进行交联之前的乙基纤维素膜的乙基纤维素中的羟基与乙氧基的总量,乙氧基的比例为80~84摩尔%的数值。如果羟基的取代度在该范围外,则对乙基纤维素在反应体系中的溶解性有影响。作为这样的乙基纤维素的具体实例,可以列举ハ一キユレス社的N300、N200、N100、N50等。 

    乙基纤维素的使用量如果过少,则加合体的粒径变大,从而分散稳定性有降低的倾向,如果过多,则不能形成壳,从而有作为残渣残留的倾向,因此相对于100质量份构成加合体粒子的环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂的总量,乙基纤维素的使用量优选为1~50质量份,更优选为2.5~25质量份,特别优选为5~10质量份。需说明的是,乙基纤维素膜的存在可以通过采用伴随样品热分解的气相色谱分析而存在乙基纤维素的特征峰来确认。 

    在本发明的微囊化硅烷偶联剂中,乙基纤维素膜通过多官能异氰酸酯化合物而交联,作为多官能异氰酸酯化合物,可以使用历来在环氧系潜在固化剂的微囊化时所使用的多官能异氰酸酯化合物,可以列举甲苯二异氰酸酯、亚甲基二苯基二异氰酸酯、氢化亚甲基二苯基二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、1,3,6-六亚甲基三异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯、三(异氰酸酯苯基)硫代磷酸酯等。这 些多官能异氰酸酯化合物可以使用1种或2种以上组合使用。 

    多官能异氰酸酯化合物的使用量如果过少,则微囊化硅烷偶联剂的耐溶剂性有不充分的倾向,如果过多,则微囊的膜有变硬的倾向,因此相对于100质量份加合体粒子,优选为0.5~50质量份,更优选为1~20质量份,特别优选为2~12质量份。 

    如上获得的微囊化硅烷偶联剂的形状优选为球状,从固化性和分散性方面出发,其粒径优选为1~10μm,更优选为2~7μm。 

    本发明的微囊化硅烷偶联剂可以如下所述地在一批次中制造。 

    首先,一边将环氧系化合物、咪唑系硅烷偶联剂和乙基纤维素在苯胺点为75~85℃、蒸馏初馏点为150~230℃的溶解度参数的饱和烃系溶剂中搅拌,一边加热至110~130℃使其溶解,进而使环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂之间发生加合反应,从而获得加合体的浆料。 

    作为饱和烃系溶剂,使用具有在室温下不溶解环氧系化合物、咪唑系硅烷偶联剂和乙基纤维素,但如果大于50℃则开始溶解,到100℃为止全部溶解这样的特性,且在至少80~100℃下溶解下述多官能异氰酸酯化合物的饱和烃系溶剂。通过使用这样的溶剂,可以将加合体粒子用乙基纤维素包覆,进而可以用多官能异氰酸酯化合物交联。作为这样的饱和烃系溶剂的具体实例,可以使用根据日本工业标准的1号煤油、饱和烃系洗涤溶剂(シエルゾ一ルMC-311,シエルケミカルズジヤパン社;0号ソルベント-L,新日本石油社;石油溶剂A,新日本石油社)等。 

    饱和烃系溶剂的使用量可以考虑对环氧系化合物、咪唑系硅烷偶联剂和乙基纤维素的溶解力或者所生成浆料的浓度、粘度来决定,通常相对于100质量份这些成分的总量,所述使用量为300~2000质量份。 

    加合体粒子生成时的搅拌可以使用螺旋桨式搅拌机、均质器等进行,从粒径的控制方面出发,优选在1000~20000rpm的条件下进 行。 

    加合体粒子生成时的反应温度为110~130℃,这是由于该温度如果过低则反应有不充分的倾向,如果过高则有导致生成的加合体分解的倾向的缘故。 

    使加合体反应在反应液变成茶褐色的时刻结束。通常通过加热20分钟~2小时后结束。由此,获得加合体粒子的浆料。 

    然后,停止加热并搅拌,同时将加合体粒子的浆料冷却至环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂之间的加合反应实质上不发生的温度,即80~100℃。 

    保持该温度并向浆料中添加多官能异氰酸酯化合物,使其与乙基纤维素膜的羟基之间进行交联反应。通常,通过反应20分钟~2小时来结束交联反应。结束后,将浆料冷却至室温,过滤出固体物质,用己烷等有机溶剂洗涤,干燥,从而可以获得耐溶剂性优异、粒径为1~10μm的环氧树脂用潜在固化剂的粉末。 

    可以通过将本发明的微囊化硅烷偶联剂与环氧树脂用潜在固化剂和根据需要添加的其它添加剂(例如,颜料、填充剂等)一起根据常规方法在公知的热固化型环氧树脂中均匀混合并搅拌,从而提供低温快速固化型的热固化性环氧树脂组合物。通常,相对于100质量份热固化型环氧树脂,优选以1~20质量份、更优选以3~10质量份的比例掺混微囊化硅烷偶联剂。另一方面,优选以10~100质量份、更优选以25~70质量份的比例掺混环氧树脂用潜在固化剂。作为环氧树脂用潜在固化剂,可列举咪唑系潜在固化剂(ノバキユア系列,旭化成社;アミキユア,味の素フアインテクノ社)、聚胺系潜在固化剂(フ二キユア一,富士化成工业社)等。 

    由于该热固化型环氧树脂组合物使用耐溶剂性优异、粘附力优异的微囊化硅烷偶联剂,因此虽然是单组分型,但是储存稳定性优异。而且,不易发生界面分离,还可以抑制空隙的产生。 

    需说明的是,可以向该热固化型环氧树脂组合物进一步掺混各 向异性导电连接用的公知的镍粒子等导电性粒子、苯氧基树脂等公知的成膜树脂等,从而作为各向异性导电粘结剂使用。如果成型为薄膜状,则也可以作为各向异性导电膜使用。导电性粒子的种类、粒径、掺混量、成膜成分的种类、掺混量、膜厚等可以与公知的各向异性导电糊、各向异性导电膜相同地构成。代表性的各向异性导电糊或膜的掺混实例如下:环氧树脂用潜在固化剂为8~12质量份,苯氧基树脂为50~80质量份,环氧系化合物为20~50质量份,环氧改性聚烯烃为5~30质量份,微囊化硅烷偶联剂为1~20质量份,导电性粒子为1~20质量份。此外,根据需要可以适当掺混溶剂、稀释用单体等。这样的各向异性导电糊、各向异性导电膜可以实现在150℃下5秒左右的低温短时间连接,从而传导电阻也较低、粘结强度也良好。 

    实施例

    以下,通过实施例更具体地说明本发明。 

    实施例1(微囊化硅烷偶联剂的配制) 

    向具备热电偶、搅拌装置和冷却装置的玻璃制三口烧瓶投入23质量份液体环氧树脂(EP828,ジヤパンエポキシレジン社)、7质量份咪唑甲硅烷(IS1000,ジヤパンエナジ一社;相当于R1和R2是H的式(1)的化合物)、30质量份10%乙基纤维素溶液(N100,ハ一キユレス社;羟基的取代度为80~105)和70质量份石油溶剂(新日本石油社),一边以1800rpm搅拌一边加热。将溶剂回流,在混合物的温度达到约120℃时,用水浴冷却烧瓶,在混合物的温度达到约80℃时,投入0.3g多官能异氰酸酯化合物(コロネ一トL45,日本ポリウレタン社),一边搅拌一边冷却至常温,从而获得浆状的微囊化硅烷偶联剂混合液。过滤所得的浆料混合物,用己烷洗涤所得的固体,然后采用真空烘箱在50℃下减压干燥12小时,从而获得球状的平均粒径为4.6μm的微囊化硅烷偶联剂。 

    实施例2(热固化型环氧树脂组合物的配制) 

    将5质量份实施例1中获得的微囊化硅烷偶联剂、20质量份苯氧基树脂(YP-50,东都化成社)、50质量份液体环氧树脂(EP828,ジヤパンエポキシレジン社)、80质量份球状熔融二氧化硅(DF-5V,龙森社)和30质量份环氧树脂用潜在固化剂(ノバキユア一HX-3941HP,旭化成社)进行混合,从而配制了热固化型环氧树脂组合物。 

    实施例3(热固化型环氧树脂组合物的配制) 

    除了将实施例1中获得的微囊化硅烷偶联剂的使用量由5质量份变成10质量份以外,与实施例2同样地配制热固化型环氧树脂组合物。 

    比较例1(热固化型环氧树脂组合物的配制) 

    除了使用未微囊化的咪唑硅烷偶联剂(IS1000,ジヤパンエナジ一社)代替实施例1中获得的微囊化硅烷偶联剂以外,与实施例2同样地配制热固化型环氧树脂组合物。 

    比较例2(热固化型环氧树脂组合物的配制) 

    除了使用2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基甲硅烷(A-187,日本ユニカ一社)代替实施例1中获得的微囊化硅烷偶联剂以外,与实施例2同样地配制热固化型环氧树脂组合物。 

    评价试验 

    关于实施例2、3和比较例1、2中获得的热固化型环氧树脂组合物,进行以下的试验·评价。所得的结果示于表1。 

    <储存稳定性试验> 

    将热固化型环氧树脂组合物以25μm的厚度涂覆在剥离片上,将其放入55℃的恒温槽中,24小时后取出并将其浸渍在室温的甲基乙 基酮中,目视观察。将膜的形状消失的状态的情况判断为储存稳定性良好,将膜的形状保持的状态的情况判断为不良(硬化)。 

    <粘结强度试验> 

    采用热固化型环氧树脂组合物,将试验用半导体芯片压接在规定的传导电阻评价用图案上制作压接样品,采用强度试验机(BT-2400,Dage社)测定模剪切强度(ダイシエア强度die shear strength)来证实压接后的粘结特性。在实用方面,模剪切强度优选为40Kgf/3mm2以上。 

    <界面剥离试验> 

    与上述粘结强度试验同样地制作压接样品,将其放置在85℃、85%RH的气氛中,然后实施3次回流处理(最高温度为250℃)。此后,采用超声波显微镜(HYE-FOCUS,日立建机社)观察半导体芯片的连接界面是否剥离。 

    <连接可靠性试验> 

    与上述粘结强度试验同样地制作压接样品,测定初始绝缘电阻值。优选为1010Ω以上。接着,对各个压接样品进行加压蒸煮试验(PCT:110℃,85%RH,500小时)和温度循环试验(TCT:-55℃←→125℃),以规定次数(1000次)进行不连续传导电阻测定,观察是否能观察到断开。需说明的是,将传导电阻值最大值为1Ω以下(无OPEN)的状态判断为良好。 

    [表1] 

    实施例1的微囊化硅烷偶联剂是用乙基纤维素包覆环氧树脂与咪唑系硅烷偶联剂的加合体的粒子,用多官能异氰酸酯化合物交联而获得的。因此,使用了实施例1的微囊化硅烷偶联剂的实施例2和3的热固化型环氧树脂组合物在各试验项目中均获得良好的结果。与此相对,比较例1的热固化型环氧树脂组合物,由于使用未经微囊化的咪唑硅烷偶联剂,因此在储存稳定性方面存在问题。此外,比较例2的热固化型环氧树脂组合物,由于使用未经微囊化的以往类型的硅烷偶联剂作为硅烷偶联剂,因此虽然在储存稳定性方面不存在问题,但在模剪切强度较低、粘结力方面存在问题。因此,存在剥离的问题,在耐PCT、TCT性方面也存在问题。 

    产业可利用性 

    本发明的微囊化硅烷偶联剂是用乙基纤维素膜包覆环氧系化合物与咪唑系硅烷偶联剂的加合体粒子,进而用多官能异氰酸酯化合物交联其表面而获得的。因此,在环氧树脂组合物中掺混有本发明的微囊化硅烷偶联剂的情况下,环氧树脂组合物的固化物与半导体芯片的钝化膜之间可以实现良好的粘结性,并可以抑制在粘结界面发生剥离和在固化物中产生空隙,而且环氧树脂组合物可以实现良好的储存稳定性。 

    关 键  词:
    微囊化 硅烷偶联剂
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